Ülkemizin küçük dere ve akarsularının oluĢturduğu değerlendirilmemiĢ hidroelektrik potansiyeli göz önüne alındığında, ülkemizin mevcut koĢullarına hitap edebilecek ve düĢük maliyetli bir türbin tipi (Çapraz AkıĢ Türbini) belirlenmiĢtir. Türbin tipinin belirlenmesinin ardından, türbin tasarımı yapılmıĢ ve bu türbin tamamen yerli imkânlar ile ülkemizde imal ettirilmiĢtir. Ġmalatı yapılan Çapraz AkıĢ türbininin ve ileride tasarlanacak baĢka türbinlerin 1 - 15 m düĢüye, 3200 m3
/h debiye kadar ulaĢılabilen kapasitelerde (teorik olarak 130 kW hidrolik güç üretebilecek) türbinlerin test ve ölçümlerini, rahatlıkla ve en önemlisi doğal koĢullara yakın olarak yapılabilecek türbin test sistem kurulmuĢtur.
ÇalıĢmada kullanılan deney türbini klasik çapraz akıĢ türbinlerinden farklı özelliğe sahiptir. Klasik çapraz akıĢ türbinlerinde ayar kanadı suyun debisini ayarlamakta ve çekilen güce uyum sağlama görevini üstlenmektedir. GeliĢtirilen deney türbininde ise debi ayarlama için sürgülü vana kullanılmıĢtır. Sürgülü vananın Ģekli, yapısı ve konumu hakkında analitik çalıĢmalar ve hesaplamalı akıĢkanlar dinamiği analizleri yapılmıĢtır. Söz konusu çalıĢmalar neticesinde, sürgünün Ģeklinin L Ģeklinde olması halinde, sürgünün hemen ardında meydana gelen akıĢtaki bozulmaların etkisinin daha az olacağı sonucuna varılmıĢtır. Sürgünün etkisini kaybetmemesi için türbine olabildiğince yakın bir noktada konumlandırılması gerekliliği nedeni ile ayar kanadının hemen öncesine monte edilmiĢtir. Sürgülü vana ile ilgili yapılan bir diğer analizde ise sürgünün, akıĢın üç boyutluluğuna etkisi incelenmiĢtir. Analiz sonucunda, sürgünün iki taraftan eĢit ilerlemesi durumunda kayıpların daha fazla olduğu sonucuna varılmıĢtır. Tek taraftan ilerleme konumu ile mukayese edildiğinde ise 1080 m3/h debi ve 8 m düĢü koĢullarında iki taraflı bir sürgü sisteminde %20 oranında daha az tork elde edildiği gözlemlenmiĢtir. Klasik ayar kanatlı sistem ile önerilen sürgülü vanalı sistem arasında deneysel mukayese yapılabilmesi için ayar kanadı ve sürgünün birlikte yer aldığı bir türbin imal edilerek her iki bakımdan da deneyler yapılmıĢtır.
99
Türbinin tasarımı, imalatı ve deney düzeneği kurulumu yapıldıktan sonra, türbinin en uygun çalıĢma koĢullarının belirlenmesi amacı ile optimizasyon çalıĢmaları yapılmıĢtır. ÇalıĢmalar teorik ve deneysel olmak üzere iki bölümden oluĢmaktadır. Teorik çalıĢmalar 360 – 1440 m3
/h debi, 6 – 10 m düĢü ve 6 – 18 derece ayar kanadı açıları koĢullarında yapılmıĢtır. Deneysel kısımda ise, 14 tanesi farklı olmak üzere toplam 20 adet deney yapılıp, elde edilen elektrik frekans değerleri ölçülmüĢtür. Bu çalıĢmaların neticesinde, türbinin 50 Hz sabit frekansta çalıĢabilmesi için debi, düĢü ve ayar kanadı açılarının birlikte değiĢimlerinin nasıl olması gerektiği belirlenmiĢtir. Bu üç parametreden bir ya da iki tanesinin değiĢtiği durumlarda, en verimli çalıĢma için diğerinin ya da diğerlerinin hangi koĢullara getirilmesi gerektiği belirlenmiĢtir. OluĢturulan model ile deneylerden elde edilen sonuçlar mukayese edildiğinde modelin gerçeğe yakın kurulmuĢ olduğu gözlemlenmiĢtir. Türbinin imalatındaki hassasiyet problemleri (uygun olmayan kanat profil uçları, parasitic rotor ile yan duvarlar arası boĢluklar ve bunlara bağlı kaçaklar vb) sebebi ile istenilen genel verimlilik değerlerine ulaĢılamamıĢtır. Sistemden çekilen elektriksel yük 12 kW ve 50 Hz devir durumunda türbin veriminin % 51 civarlarında olduğunu belirlenmiĢtir. Diğer bir deyiĢle, bu değer türbinin maksimum verimidir.
Deneyler 2 kademede yapılmıĢtır. I.Kademe deneylerde sürgülü vana %100 açık durumunda tutularak devre dıĢı bırakılmıĢtır. Bu deney gurubunda değiĢik debilerde en yüksek verimi sağlayacak ayar kanadı açıları belirlenmiĢtir. Yapılan 32 farklı deney neticesinde en yüksek verim değerleri, 360 m3/h debide ayar kanadının 20° açı konumunda, 540 m3/h debide, 16° açı konumunda, daha yüksek debilerde ise 12° açı konumlarında elde edilmiĢtir. Buradan çıkartılan bir diğer sonuç ise, artan debi ile verimin önemli bir Ģekilde arttığıdır. Debinin üçte birden tam akıma çıkması durumunda verimde yaklaĢık iki kat artıĢ görülmüĢtür. Bu artıĢın maksimum tasarım debisine kadar devam ettiği ve bu değerden sonra ise verimin azalmaya baĢladığı görülmüĢtür.
II. Kademe deney gurubu hem büyük debilerdeki verimde gözlenen değiĢimlerin etkisinin daha büyük olacağı, hem de en yüksek verimin en geniĢ akım aralığında elde edildiği konum olması nedeniyle ayar kanadı 12° konumunda sabit tutularak yapılmıĢtır. Bu deneylerde, sürgülü vana kullanılmasının verime olan etkisi, değiĢik
100
vana açıklıklarında ve değiĢik debi aralıklarında test edilmiĢtir. 360 m3
/h ile 425 m3/h düĢük debi aralığında en yüksek verim sürgünün en az açık olduğu konum olan 1/4 açıklık konumunda elde edilmiĢtir. 425 m3
/h debiden itibaren ise 595 m3/h debiye kadar en yüksek verim sürgünün 1/2 açıklıktaki konumunda elde edilmiĢtir. 595-930 m3/h debileri arasında sürgü biraz daha açılarak en yüksek verim 3/4 açıklık konumunda elde edilmiĢtir. Daha yüksek debilerde ise en yüksek verim elde edilmesi için sürgünün tamamen açık konumunda tutulması gerekmektedir.
Sürgülü vana kullanılan ve kullanılmayan guruplar mukayese edildiğinde özellikle küçük debilerde sürgülü vana kullanılması ile verimde artıĢ gözlemlenmiĢtir. Burada, ayar kanadı sabit tutularak bir miktar verim kazancından feragat edilmiĢtir fakat toplam kazancın daha fazla olduğu açık bir Ģekilde görülmüĢtür.
II. Kademe deneylerinden elde edilen en yüksek verim sonuçları birleĢtirilerek, ≈50 Hz sabit frekans eğrisi elde edilmiĢtir.
Deneyler yanında türbin modellemesi ve simülasyon çalıĢmaları da yapılmıĢtır. 50 Hz frekans için elde edilen verim eğrisiden faydalanarak kontrolünün yapılabilmesi için altyapı hazırlanmıĢ ve kontrol yapılması durumunda sistemin nasıl davranacağı simülasyonu yapılmıĢtır.
Çapraz akıĢ türbininin deneyleri, hesaplamalı akıĢkanlar dinamiği analizleri ile karĢılaĢtırıldığında ise nitelik bakımından iyi bir uyum sağlandığı, nicelik bakımından ise küçük farklılıklar olduğu görülmüĢtür. Aynı debi değerlerinde, en yüksek verim sonuçları hemen hemen aynı ayar kanadı açılarında elde edilmiĢtir. Sürgülü vana olmaksızın (ya da %100 açık) yapılan analizlerde; tasarım debisi altındaki debi değerlerinde, artan ayar kanadı açısı ile türbine çarkında suyun hızının arttığı görülmektedir. Bu çalıĢma, sürgülü vana ile yapılan deneysel çalıĢma ile benzerlikler göstermektedir. Sürgülü vana kullanılarak akıĢ kesit alanının azaltılması ile hızın, dolayısıyla momentin artırılması HAD analizlerinde ayar kanadı açısı artırılarak yapılmaktadır. Sürgülü vana kullanılarak yapılan analiz çalıĢmalarında ise, düĢük debilerde sürgünün kapalı pozisyonda kalması durumunda, açık konumuna
101
göre yaklaĢık % 20 oranında daha fazla tork artıĢı görülmüĢtür. Deneysel çalıĢmada ise bu değer en fazla % 17 olmaktadır.
Deneylerden elde edilen veriler ile model sonuçları mukayese edildiğinde % 5’ten küçük bir fark ile uyum sağladığı görülmüĢtür.
ÇalıĢmanın sonucunda, ilk kez bir sürgülü vana kullanılarak Çapraz AkıĢ Türbininin debi ayarının yapılabildiği ve sürgülü vana kullanımı ile tasarım debisinden daha düĢük debilerde verimde % 5'e varan iyileĢtirmeler elde edildiği görülmüĢtür.
Çapraz akıĢ türbinlerinin, küçük atölyelerde bile kolaylıkla imal edilebileceği göz önüne alındığında, ülkemizdeki potansiyelin değerlendirilmesi açısından büyük katkı sağlayacağı aĢikardır.
Aynı çalıĢmanın tekrar yapılması imkânı bulunursa; kontrol odası, kontrol panoları ve türbin odası kısımlarının birbirine mümkün mertebe yakın yapılması durumunda mevcut duruma nazaran deneylerin ve kontrolünün daha kolay yapılabileceği görülmüĢtür.
Yapılan çalıĢmanın HAD analizlerinde, sürgülü vana öncesinde ve sonrasında akıĢta kopmaların yanısıra girdapların da oluĢtuğu görülmüĢtür. Daha sonra yapılacak olan çalıĢmalarda sürgülü vananın yapısında bu olumsuzlukları minimuma indirecek çalıĢmalar yapılması,
Türbinden elde edilen elektriğin, pompa motorlarının sürülmesinde kullanılması ve/veya Ģebekeye bağlanılması,
Sürgülü vana kullanılması durumunda, debiye göre maksimum verim için ayar kanadı açıları belirlendiğinden, türbin çalıĢma debisindeki ayar kanadı açısı sabit tutulabilir. Yani, sabitleĢtirilebilir. Türbin maliyetinin önemli bir kısmını
oluĢturan hareketli parça yerine, daha basit sabit bir yönlendirici kullanılabileceği tavsiye edilmektedir.
102 KAYNAKLAR
1. Paish, O., Small hydro power: technology and current status. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2002. 6: p. 537-556
2. Paish, O., Micro-hydropower: status and prospects. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part a-Journal of Power and Energy, 2002. 216(A1): p. 31-40
3. http://energytype.com/hydropower/hydropower-energy-technologies-worldwide/, 2009, (Ziyaret Tarihi, 17.08.2010)
4. http://www.cink-hydro-energy.com/en/ossberger-turbines, (Ziyaret Tarihi,
17.08.2010).
5. http://hydropowerstation.com/?m=201003, (Ziyaret Tarihi, 17.08.2010)
6. http://www.codecogs.com/reference/engineering/fluid_mechanics/turbines/specifi
cspeed_and_unit_conditions.php, (Ziyaret Tarihi, 17.08.2010)
7. http://www.ctgpc.com.cn/en/index.php, (Ziyaret Tarihi, 17.08.2010)
8. http://www.enerji.gov.tr/index.php?sf=webpages&b=hidrolik&bn232&hn=12&n
m=%20384&id=387, (Ziyaret Tarihi, 20.08.2010).
9. Ġsmail Çallı, Uygulamalı Akışkanlar Mekaniği, Sakarya Üniversitesi. 2010 10. Layman-Handbook-for-hydro-electric-power-plants.pdf
11. Tokyo Electrik Power Co., T., Micro-Hydro. Workshop on Renewable Energies, Fiji, 2005.
12. http://wapedia.mobi/en/Grand_Coulee_Dam?t=3, (Ziyaret Tarihi, 17.08.2010) 13. Department of The Ġnterior Bureau of Reclamation, U.S., Selcting Hydrolic
Reaction Turbines. Engineering Monograph 1976. 20
14. Yavuz, T., Turbomakinalar Ders Notları. BaĢkent Üniversitesi, Makine Mühendisliği, 2010
15. http://www.cerenerji.net/icerik.php?cid=11. (Ziyaret Tarihi:18.03.2011).
103
17. http://sleekfreak.ath.cx:81/3wdev/CD3WD/APPRTECH/G10TOE/B1125_29.HT M, (Ziyaret Tarihi, 17.08.2010).
18. http://www.ossberger.de/cms/pt/hydro/ossberger-turbine, (Ziyaret Tarihi, 17.08.2010)
19. ASME, National Historic Mechanical Engineering Landmark. Kaplan Turbine, 1980.
20. http://www.rw.ethz.ch/uebersicht/index, (Ziyaret Tarihi, 17.08.2010).
21. Hydro Turbines - pico hydro, m.h., and micro hydro solutions Copy, http://www.hydro-turbines.com/id73.html. (Ziyaret Tarihi, 17.08.2010)
22. Saim, K., Hidrolik Makinalar Ders Notları. Selçuk Üniversitesi, 2001.
23. Ünal Teknoloji. Wilo Pompa,
http://www.unalteknoloji.com/uploads/T11_20080419125534.pdf. (Ziyaret Tarihi, 01/03/2011).
24. Macmore, C.A., and Merryfield, F.,, The Banki Water Turbine. Engineering Experiment Station 1949. 25 (Oregon State College).
25. Banki, D., A New Water Turbine. z. Ges. Turbinenwesen, 1918: p. 21 - 24. 26. Haimerl, L.A., The Cross-Flow Turbine Water Power, 1960: p. 5-13.
27. Chappell, J.R., Recent DOE-Sponsored Hydropower Engineering Research. NTIS Id.No DE84000809, 1983(Report No EGG-M-02983): p. 6.
28. Simpson, B.J., Low head Micro-Hydro Demonstration Project, Coker, Alabama, Final Report. NTIS ID No. DE85000223, 1983. Report No. DOE/R4 10223-TI. 29. Hottersahl, R.J., Micro-Hydro Turbine Selection Criteria. International
WaterPower and Dam Constuction, 1984: p. 27-28.
30. Intermediate Technology Development Group, I., The Role of Micro-Hydro in Developing Countries. International Water Power and Dam Constuction, 1985: p.3.
31. Nakase, Y., Fukutomi, J., Watanabe, T., Suetsugu, T., Kubota, T. And Kushimoto, S., A study of cross-flow turbine (effcts of nozzle shape on its performance). Proc. Small Hydropower Fluid Machinery, ASME, 1982. 32. Fukutomi, J., Y. Nakase, and T. Watanabe, A Numerical-Method of Free Jet from
a Cross-Flow Turbine Nozzle. Bulletin of the Jsme-Japan Society of Mechanical Engineers, 1985. 28(241): p. 1436-1440.
104
33. Olgun, H., A. Ulku, and E. Demirci, Free Jet Analysis from Nozzles of Cross- Flow Turbine. Boundary Elements Xv, Vol 1: Fluid Flow and Computational Aspects, 1993: p. 93-108.
34. Olgun, H., Investigation of the performance of a cross-flow turbine. International Journal of Energy Research, 1998. 22(11): p. 953-964.
35. Choi, Y.D., et al., CFD analysis for the performance of cross-flow hydraulic turbine with the variation of blade angle. New Trends in Fluid Mechanics Research, 2007: p. 428-431
36. Choi, Y.D., et al., Internal flow characteristics of cross-flow hydraulic turbine with the variation of nozzle shape. Fedsm 2007: Proceedings of the 5th Joint Asme/Jsme Fluids Engineering Summer Conference, Vol 2, Pts a and B, 2007: p.1089-1094.
37. Fukutomi, J., Y. Senoo, and Y. Nakase, A Numerical-Method of Flow through a Cross-Flow Runner. Jsme International Journal Series Ii-Fluids Engineering Heat Transfer Power Combustion Thermophysical Properties, 1991. 34(1): p. 44-51.
38. Desai, V.R. and N.M. Aziz, An Experimental Investigation of Cross-Flow Turbine Efficiency. Journal of Fluids Engineering-Transactions of the Asme, 1994. 116(3): p. 545-550.
39. Fiuzat, A.A., and Akerkar, B. P., The use of interior guide tube in crossflow turbines. Waterpower '89, ASCE, 1989: p. 1111-1119.
40. Franjic, K., Characteristics of cross-flow radial mini-hydro turbines. Strojniski Vestnik-Journal of Mechanical Engineering, 2001. 47(1): p. 53-61.
41. Khosrowpanah, S., Experimental Study of the Crossflow Turbine. Doktora Tezi Colorado State Universitesi, 1984. Fort Collins. CO.
42. Khosrowpanah, S., A.A. Fiuzat, and M.L. Albertson, Historical Overview of Crossilow Turbine. International Water Power and Dam Construction, 1988. 114(3): p. 38-43.
43. Panasyuk. A. M., T., K. A., and Shainova, G.I.,, Small Hydroelectric Stations and Prospects of Their Development. Hydrotechnical Construction, 1987. 21(6): p. 366-373.
44. Fukutomi, J., et al., Unsteady Fluid Forces on a Blade in a Cross-Flow Turbine. Jsme International Journal Series B-Fluids and Thermal Engineering, 1995. 38(3): p. 404-410.
45. Kpordze, C.S.K., A New Methodology for Selection of Hydraulic Turbines. 1984.
105
46. Pereira, N.H.C. and J.E. Borges, Study of the nozzle flow in a cross-flow turbine. International Journal of Mechanical Sciences, 1996. 38(3): p. 283-302.
47. Reddy, H., V. Seshadri, and D.P. Kothari, Effect of draft tube size on the performance of a cross-flow turbine. Energy Sources, 1996. 18(2): p. 143-149. 48. Musa, Ö., Boru içi akışın dirseklerde incelenmesi ve mevcut dirsek tasarımlarının
iyileştirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, 2011. 49. Essom Equipment for Engineering and Science Education, P.S.S.,
http://www.essom.com/backend/data-file/engineer/engin11_1.pdf, (Ziyaret Tarihi, 17.08.2010).
50. U.S.A. Çevresel Koruma Ajansı. http://www.epa.gov/cleanenergy/energy-and- you/affect/hydro.html. (Ziyaret Tarihi, 17.08.2010).
51. http://download.teknotasarim.com/urun_katalog/HIDROELEKTRIK_ENERJI_T URBINLER.pdf, (Ziyaret Tarihi, 17.08.2010).
52. Myers, R. H., Montgometry, D.C., 2002. Response Surface Methodology. John Wiley & Sons Inc., USA, p.43.
53. Draper, N.R., John, J.A. 1998. Response-surface designs for quantitative and qualitative variables. Technometrics 30, 423-428.
54. Benli, M., "Doğrudan metanol yakıt pillerinde ısı ve su yönetiminin deneysel ve teorik olarak incelenmesi" Doktora tezi, Sakarya Üniversitesi, Makine Mühendisliği, 2010
55. Özer, E.,Ö., "Bir Çapraz Akış türbininin nümerik yöntemler ile geliştirilmesi" Yüksek Lisans Seminer 2, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, 2010
56. Kılıçkap, E., Hidrolik Santralin Dinamik Simülasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Gazi
106 EKLER
EK-A
Türkiye’de kurulu kapasitesi 100 MW’tan büyük iĢletmede olan baraj ve HES’ler
Sıra No Barajın Adı İnşaatın Yeri Gövde Hacmi bin m 3 Kret Kotu (m) Yüksekliği Normal Göl Hacmi (hm 3) Göl Alanı (km 2) Enerji Faydası Başlama Yılı Bitiş
Yılı Akarsu İli
Temelden (m) Talvegden (m) Normal Su Kotu (m) Güç (MW) Yıllık Üretim (GWh)
1 Atatürk 1983 1992 Fırat Şanlıurfa 84 500 549,00 169,00 166,00 542,00 48 700,00 817,00 2 400 8 900
2 Karakaya 1976 1987 Fırat Diyarbakır 2 000 698,00 173,00 158,00 693,00 9 580,00 268,00 1 800 7 354
3 Keban 1965 1975 Fırat Elazığ 15 585 848,00 207,00 163,00 845,00 31 000,00 675,00 1 330 6 000
4 Altınkaya 1980 1988 Kızılırmak Samsun 16 000 195,00 195,00 140,00 190,00 5 763,00 118,31 700 1 632
5 Birecik (2) 1993 2000 Fırat Şanlıurfa 9 209 389,00 63,50 53,50 385,00 1 220,20 56,25 672 2 518
6 Oymapınar 1977 1984 Manavgat Antalya 676 185,00 185,00 157,00 184,00 300,00 4,70 540 1 620
7 Berke (2) 1991 2001 Ceyhan K.Maraş 735 346,00 201,00 186,00 345,00 427,00 7,80 510 1 672
8 Hasan
Uğurlu 1971 1981 Yeşilırmak Samsun 9 223 195,00 175,00 135,00 190,00 1 073,75 22,66 500 1 217
9 Sır (2) 1987 1991 Ceyhan K.Maraş 494 443,00 116,00 106,00 440,00 1 120,00 47,50 284 725
10 Gökçekaya 1967 1972 Sakarya Eskişehir 650 392,00 158,00 115,00 388,00 910,00 20,00 278 562
11 Batman 1986 2004 Batman Batman 5 400 668,50 85,50 71,50 665,00 1 175,00 49,25 198 483
12 Karkamış 1996 1999 Fırat Maraş 1 537 346,00 40,00 22,50 340,00 157,00 28 180 652
13 Özlüce 1985 1998 Peri Bingöl 14 000 1 144,00 144,00 124,00 1140,00 1 075,00 25,80 170 413
14 Çatalan 1982 1996 Seyhan Adana 17 000 130,00 82,00 70,00 125,00 2 126,33 81,86 169 596
15 Sarıyar (2) 1950 1956 Sakarya Ankara 568 480,00 108,00 90,00 475,00 1 900,00 83,83 160 400
16 Gezende 1979 1990 Ermenek İçel 83 335,00 75,00 71,00 333,00 91,90 3,97 159 528
17 Aslantaş 1975 1984 Ceyhan Adana 8 493 160,00 95,00 78,00 146,00 1 150,00 49,00 138 569
18 Hirfanlı 1953 1959 Kızılırmak Kırşehir 2 000 860,00 83,00 78,00 851,00 5 980,00 263,00 128 400
19 Menzelet 1980 1989 Ceyhan K.Maraş 8 700 614,50 156,50 136,50 609,40 1 950,00 42,00 124 515
20 Kılıçkaya 1980 1989 Kelkit Sivas 6 900 855,00 134,00 103,00 850,00 1 400,39 64,42 124 332
21 Muratlı 1999 2005 Çoruh Artvin 1 981 100,00 49,00 44,00 98,00 74,80 4,12 115 444
21 Dicle 1986 1997 Dicle Diyarbakır 2 180 718,00 87,50 75,00 715,50 595,00 24,00 110 298
21 Yamula 1998 2005 Kızılırmak Kayseri 1104,00 130,00 120,00 984,00 2025,00 85,3 100 422
107 EK-B
Deney Düzeneği EK-C
108 EK-D
Deney Türbininin Parçaları ve Ġmalatı
Türbin çarkı komplesi
ġekil 3.6’da gösterilen türbin çarkı, yan diskler (yeĢil renkte), orta disk (sarı renkte) ve türbin kanatlarından oluĢmaktadır. Yan ve orta diskler çelik sacların lazer kesme tezgâhında kesilmesi ile elde edilmiĢtir. Disklerde bulunan ve kanatlara yuva görevi yapan yarıkların özellikle lazer kesme tezgâhında Ģekillendirilmesi tercih edilmiĢtir. Bu yarıklar freze tezgâhında bir aparat yardımıyla da açılabilinmektedir fakat freze yöntemi daha ekonomik olmakla birlikte imalat süresini uzatmaktadır. Disklerdeki yarıklara oturtulan türbin kanatları bükme tezgâhında ĢekillendirilmiĢtir. Bazı çapraz- akıĢ türbinlerinde kanatlar uygun çaptaki çelik boruların boyuna kesilmesi (çapsal) ile kolayca elde edilmektedir. Söz konusu kanatlar disklere iç kısımlardan kaynak edilmektedir. Disk ve türbin kanat malzemesi olarak St-52 çeliği seçilmiĢtir. Türbin mili malzemesi : 34 Cr Ni Mo 6 (Ç4340) dir.
Türbin çarkı
Ġmalat sırası olarak önce yan ve orta diskler türbin miline kaynak edilmekte daha sonra türbin kanatları yan ve orta disklere monte edilmektedirler. Kanatların montajı bittikten sonra kanat ağızları taĢlanmaktadır. Bu iĢlemin amacı kanada gelen suyun üzerinden geçtiği yüzeylerin hidrodinamik Ģeklini sağlamaktır. Böylece türbin çarkı komplesi yan ve orta disklerden, kanatlardan ve türbin milinden oluĢmaktadır.
Yukarıdaki resimde gösterilen türbin çarkı komplesinin tüm birleĢtirme iĢlemleri bittikten sonra, çarkın komplesi torna tezgâhına bağlanmakta ve balans ayarı yapılmaktadır.
109
Yan ve orta diskler
Türbin ayar kanadı ve ayar kanat milleri
Frekansı direkt olarak etkileyen ayar kanadı, türbin gövdesinin hemen öncesinde yer almaktadır. Klasik çapraz akıĢ türbinlerinde görevi, suyun türbine giriĢ debisini belirlemektir. Bu sistemde hidrolik piston - silindir yardımı ile açısı ayarlanmaktadır. Ġki taraftan millerinden, rulmanlı yataklar ile yataklanmıĢtır. Ayar kanatları hassas bir hidrodinamik profile ve yüzeylere sahip olduğundan ve bu yüzeylerin hassas olarak imal edilmesi gerektiğinden CNC tezgâhta imal edilmiĢtir. Bu zorunluluk türbin imalatına mali bir yük getirmiĢtir. Ayar kanat milleri ise 34CrNiMo6 malzemeden (Ç 4340) imal edilmiĢlerdir.
110
Ayar kanadı iç görünüĢ
ġekil’de dairesel kesitten sonra gelen dikdörtgen kesit ve ayar kanadı görülmektedir. Sürgülü vana bu kesit içerisinde hareket etmektedir.
Türbin gövdesi
Gövde
ġekil’de gösterilen, türbini içerisinde muhteva eden türbin gövdesi tamamen kaynaklı birleĢtirme yöntemi ile imal edilmiĢ olup üst kısımdaki eğrisel yüzeyi elde etme iĢi piyasada bükme iĢi yapan bir firmaya yaptırılmıĢtır. Bükme iĢinden sonra üst
111
yüzey Ģablon ile kontrol edilmiĢtir. Üst kısmın sağ ve sol yanlarında görülen ve üzerinde delikler bulunan parçalar ise lazerli kesme tezgâhında elde edilmiĢtir. Daha sonra bu parçalar kaynak ile birleĢtirilmiĢtir.
Türbin su yönlendirici komplesi
Yönlendirici
Türbin su yönlendirici komplesi, ayar kanadının hemen altına monte edilip, görevi suyu çarka yönlendirmektir. Türbinin ekseninin alt tarafından direkt girmesi muhtemel su, türbini yavaĢlatıcı etki oluĢturacaktır. Su yönlendirici komplesi ile hem kaçak debi azaltılmakta hem de su yukarı yönlendirilerek enerji kazanımına pozitif etki sağlanmaktadır. Bu kompledeki bütün parçalar da yine kesme ve kaynaklı birleĢtirme usulleri ile imal edilmiĢtir. Yönlendirici geometrisi türbine göre değiĢiklik gösterebilmektedir.
112 Türbin gövde bağlantı Ģasesi
Bağlantı Ģasesi
Türbinin doğadaki uygulamalarında türbinin sabit bir konumda kalmasını sağlayan ve bu nedenle betona ankraj edilen parçadır. Deney düzeneği hazırlanırken bağlantı Ģasesi boyutlarına göre profiller hazırlanmıĢtır. Düzeneğe türbin montajı yapılmadan, önce bağlantı Ģasesi düzeneğe sabitlenmiĢ, ardından türbin montajı yapılmaya baĢlanmıĢtır. Türbini terk eden suyun atıldığı su boĢaltma kısmı (Draft tube), bu kısımdan sonra gelmektedir. Bu çalıĢmada bu kısma gerek duyulmadığından kullanılmamıĢtır.
113 Türbin giriĢ borusu
GiriĢborusu
ġekil’de gösterilen ve üstten aĢağıya doğru daralan bir kesite sahip olan giriĢ borusu türbinin verimini oldukça etkileyen bir parçadır. Türbine su besleyen borudan gelen suyu Ģekillendirerek türbine iletmektedir. Suyu türbinin üst kısmına yönlendirmektedir. Bu parça da kesme ve kaynaklı birleĢtirme usulleri ile imal edilmiĢtir. Ayar kanadının hemen öncesinde yer almaktadır.
Türbin giriĢ adaptör borusu parçası
Türbin giriĢ adaptör borusu parçası
ġekil’te gösterilen parça türbine su getiren boru ile dairesel kesitten dikdörtgen kesite geçiĢi sağladığı için adaptör adı verilmiĢtir. Bu parça da kesme ve kaynaklı
114
birleĢtirme usulleri ile imal edilmiĢtir. Bu parçadan sonra, türbine kadar olan kısımda dikdörtgen kesitler mevcuttur. Debi ölçerden hemen sonra gelmektedir. Dairesel ucu flanĢ ile debi ölçere bağlıdır.
Türbin yan duvarları
Türbinin yan duvarlarının mika malzemeden yapılmasının sebebi test esnasında türbine giren suyun türbin çarkından geçerken ve türbini terk ederkenki hareketlerini dıĢarıdan çıplak gözle gözlemlemektir. Suyun hareketlerinin gözlemlenmesi yapılan tasarımın sorgulanması açısından önemlidir.
Türbin yan duvarları
Yukarıdaki resimde de mika yan duvarın türbin üst gövdesine monte edilmiĢ hali görülmektedir. Mika yan duvarların üst kısmındaki eğrisel profil ve üzerinde bulunan delikler lazer kesme tezgahında elde edilmiĢtir. Mika ile çelik sac malzemenin birleĢme yüzeylerinde sızdırmazlığın oldukça iyi olması gerekmektedir.
Performansı ve türbine etkisi denenmek üzere tasarlanan ve türbin kontrolünü kolaylaĢtırması tahmin edilen parçadır. Bu çalıĢmanın en önemli parçasıdır. Sürgülü vana kullanılması ile debi ayarı ayar kanadı yerine sürgülü vana ile yapılmaktadır. Debi ve dolayısıyla frekansı kontrol etmektedir. Ġmalatı kesme ve kaynak birleĢtirme iĢlemleri ile yapılmıĢtır. Sürgünün ilerlemesi ve sabit tutulması bir hidrolik piston - silindir vasıtası ile hareket yapılmaktadır. Sürgünün konumu içeriden görülememektedir bu nedenle dıĢarıda kalan hidrolik silindir üzerine bir skala